基于GIS的野外复杂地形路径规划方法

技术特征：
1.一种基于gis的野外地形路径规划方法，其特征在于，包括：s1、获取当前区域的地理信息数据，基于所述地理信息数据通过arcgis将所述当前区域转换成不同图层，通过地表类型要素分类将所述不同图层分割为长宽相等的栅格，得到当前区域的通行速度栅格分布图；s2、在所述通行速度栅格分布图中确定当前位置及目标位置，以从所述当前位置到达所述目标位置的时间最短为目标函数建立路径规划模型；s3、基于所述通行速度栅格分布图利用遗传算法求解所述路径规划模型的最优解，根据所述路径规划模型最优解获取最优路径。2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤s1具体包括：使用arcgis map对所述地理信息数据进行空间分析和信息整合，进行地形地貌判定，将所述当前区域提取转换成不同图层；通过地表类型要素分类，将属性信息镶嵌新栅格，最后将所述当前区域分割成长宽相等的栅格，并以栅格内通行能力最差的地表类型作为该栅格的地表类型，最终得到当前区域的通行速度栅格分布图。3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤s2中以从所述当前位置到达所述目标位置的时间最短为目标函数建立路径规划模型，具体包括：按从左至右、由下往上的顺序对所述通行速度栅格分布图中的每个栅格进行依序编号，编号为0,1,2,l,k,l,n，车辆在每个栅格内的行驶速度为v
k
，假设全程车辆状态完好，以行驶完全程所需时间最短为目标建立模型如下：其中，t(l)表示第l条路径的行驶时间，(o,d)表示从出发点到目标位置的所有栅格路径集合，v
k
，k∈(1,2,
…
，n)表示车辆在不同栅格的行驶速度；x表示地图中每行栅格数量，d表示每个栅格的长度，表示沿栅格对角线方向行驶，[ ]为取整函数，\为取余运算。4.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述通行速度栅格分布图利用遗传算法求解所述路径规划模型的最优解，根据所述路径规划模型最优解获取最优路径，具体包括：基于当前位置和目标位置在所述通行速度栅格分布图构造连续栅格路径得到初始种群；基于所述目标函数获取适应度函数，基于所述适应度函数对所述初始种群进行适应度计算；判断是否达到预先设定的迭代次数，若未达到所述预先设定的迭代次数，则进行种群的选择、交叉及变异后计算适应度；若达到所述预先设定的迭代次数，则输出基于适应度函数获取的最优路径。5.根据权利要求4所述的方法，所述基于当前位置和目标位置在所述通行速度栅格分布图构造连续栅格路径得到初始种群具体包括：所述通行速度栅格分布图中每行取一个栅格，构成一条间断路径，第一行的栅格和最后一行栅格取为当前位置和目标位置所在的栅格；
每行插入一个或多个栅格，使间断路径成为连续路径；使用公式2验证栅格k和k 1相邻，max{|[(k 1)/x]-(k/x)|,|(k 1)\x-(k\x)|}＝1公式2；若不相邻，则插入新栅格后继续验证，迭代验证直至最终得到栅格相邻道路连通的完整路径，插入的栅格坐标记作(x
cha
，x
cha
)，x
cha
和y
cha
由公式3产生：由公式3产生：若当迭代次数大于预定迭代次数仍不能得到完整路径时即舍去这次路径。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标函数获取适应度函数，具体包括：取目标函数倒数即f＝1/t(k)为适应度函数。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述基于所述适应度函数对所述初始种群进行适应度计算之前，所述方法进一步包括：首先对路径连续性进行判断，对路径中相邻栅格k和k 1的中心位置高程进行比较，若高程差距小于等于特定阈值则认为道路连续、无深坑、塌陷等陡变地形，若相邻高程差距大于特定阈值则舍去此条路径。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若未达到所述预先设定的迭代次数，则进行种群的选择、交叉及变异后计算适应度具体包括：选择操作，采用轮盘赌的方式选择所述适应度函数的值高于特定值的连续栅格路径组成新的种群；交叉操作，采用单点检查方式，找出两条所述连续栅格路径中所有相同的点，随机选择其中一个点，将之后的栅格路径进行交换得到两条新路径；变异操作，选取一条所述连续栅格路径中除去起点和终点以外的两个栅格，舍去两个栅格中间已选中的栅格，使用插入栅格的方法重新产生新的连续栅格路径。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述使用插入栅格的方法重新产生新的连续栅格路径进一步包括：若经过第一特定次数的迭代无法产生连续栅格路径，则重新选择两个栅格，直到产生新的路径，若经过第二特定次数迭代无法产生连续路径则舍去这个连续栅格路径。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，获取当前区域的地理信息数据具体包括：通过卫星遥感、无人机设备以及网络资料获取当前区域的地理信息数据。

技术总结
本发明提供了一种基于GIS的野外地形路径规划方法，方法包括：获取当前区域的地理信息数据，基于地理信息数据通过ArcGIS将当前区域转换成不同图层，通过地表类型要素分类将不同图层分割为长宽相等的栅格，得到当前区域的通行速度栅格分布图；在通行速度栅格分布图中确定当前位置及目标位置，以从当前位置到达目标位置的时间最短为目标函数建立路径规划模型；基于通行速度栅格分布图利用遗传算法求解路径规划模型的最优解，根据路径规划模型最优解获取最优路径。以解决野外复杂地形条件下车辆行驶时间最短的路径问题。行驶时间最短的路径问题。行驶时间最短的路径问题。


技术研发人员：王亚彬 刘月河 程中华 史宪铭 王帅 王金帼 王茁 李震 岳帅
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/8